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Protección del hormigón frente a la corrosión mediante realcalinización química

Protección del hormigón frente a la corrosión

Será objeto del presente artículo la presentación de una técnica altamente efectiva para proteger las estructuras de hormigón armado: la realcalinización química mediante el uso de membrana cementosa de altas prestaciones MasterProtect 126 Grey. 

Dentro de los distintos métodos de protección del hormigón nos centramos con tratamientos tradicionales como el uso de hidrofugantes o la aplicación de revestimientos anticarbonatación. Además de estas soluciones más comunes, existen tratamientos más efectivos y de mayores prestaciones, como el uso de inhibidor de corrosión migratorio base silano MasterProtect 8000 CI o el uso de revestimiento realcalinizador químico cementoso MasterProtect 126 Grey.

Dado que las particularidades del inhibidor de corrosión ya han sido tratadas (ver artículo), en este artículo nos centraremos en detallar el principio de funcionamiento de la protección del hormigón frente a la corrosión mediante el uso de un realcalinizador químico a modo de revestimiento.

El revestimiento cementoso MasterProtect 126 Grey mezclado con MasterSeal 600 permite conseguir una membrana que otorga una muy elevada protección frente a la carbonatación en aquellas estructuras de hormigón sobre las que se aplica, pero que además provoca un efecto realcalinizador sobre el hormigón soporte, que no consiguen otro tipo de membranas de protección.

 A nivel básico la realcalinización consigue aumentar el pH del hormigón devolviéndolo por tanto a una fase protectora de las armaduras.

¿QUÉ TIPOS DE REALCALINIZACIÓN DEL HORMIGÓN NOS PODEMOS ENCONTRAR?

Hay dos tipos de realcalinización del hormigón:

 Realcalinización electroquímica (RAE): Protección catódica

 La realcalinización electroquímica es un proceso en el cual una elevada densidad de corriente continua es aplicada desde un ánodo externo hasta la armadura a través del hormigón. El ánodo se coloca en la superficie del hormigón junto a un electrolito de carbonato sódico o hidróxido de litio. Como consecuencia de estas reacciones se produce un aumento del pH en el hormigón alrededor de la armadura y por tanto un proceso de pasivación.

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 El diseño de un tratamiento electroquímico supone la elección del sistema que funciona como ánodo, determinar los parámetros del proceso, la monitorización del tratamiento y establecer el criterio para la aceptación final. Sin embargo, este tratamiento puede resultar perjudicial para la durabilidad del hormigón en tanto que produce unos efectos negativos sobre el mismo:

  • Se requieren elevadas densidades de corriente provocando microfisuración del hormigón que circunda las armaduras con el consiguiente aumento de la penetrabilidad en el hormigón de sustancias perjudiciales (H2O, CO2, cloruros, etc.).
  • Reducción de la adherencia entre el hormigón y el acero en tanto que un paso de corriente eléctrica produce cambios en la composición de la matriz del cemento, aumentando significativamente los iones hidroxilo alrededor del cátodo, produciendo un debilitamiento de las fuerzas de adhesión de la matriz, y consiguientemente, una disminución de la adherencia.

Según la experiencia actual sobre la efectividad a largo plazo se podría esperar una reducción muy gradual en las regiones muy alcalinas alrededor del acero, buscando un equilibrio con aquellas áreas que no han sido realcalinizadas. Ensayos de laboratorio han confirmado que después del tratamiento se ha conseguido pasivar el acero, pero después de varios meses de exposición a las condiciones ambientales, vuelve a corroerse.

Realcalinización química (RAQ): MasterProtect 126 Grey mezclado con MasterSeal 600

 La realcalinización química es un proceso que reestablece la protección que confiere el hormigón al acero, aumentando el pH del hormigón que envuelve la armadura sin el uso de una fuente de corriente continua externa ni un ánodo auxiliar.

 Se trata de un mecanismo de difusión que consiste en la aplicación de un revestimiento cementoso muy alcalino sobre el hormigón carbonatado facilitando la difusión de los iones hidroxilo hacia el interior debido a la diferencia de concentración.

 La aplicación de ese tratamiento no presenta efectos negativos en la estructura dado que no se utiliza corriente y por tanto ninguno de los efectos citados anteriormente en la realcalinización electroquímica tiene lugar. Sin la aplicación de corriente eléctrica, el aporte de hidroxilos proviene en su totalidad de la formulación del revestimiento. En este sentido, MasterProtect 126 Grey está formulado con cementos especiales y áridos alcalinos para obtener una elevada alcalinidad, a la vez que presenta una distribución específica de los mismos para reducir porosidad. Las partículas del polímero MasterSeal 600 que se usa para su mezcla, revisten los granos de cemento y los áridos formando una matriz continua a través de la estructura, que mejora el comportamiento ante fisuración y reduce el riesgo de reacción álcali-agregado.

¿QUÉ VENTAJAS PRESENTA EL REALCALINIZADOR QUÍMICO MASTERPROTECT 126 GREY?

La siguiente tabla muestra las ventajas del tratamiento de realcalinización química:

Tratamiento de realcalinización química

Los siguientes esquemas muestran el comportamiento de unas muestras de hormigón afectadas por carbonatación a lo largo del tiempo, antes y después de la aplicación del realcalinizador químico MasterProtect 126 Grey:

Comportamiento de unas muestras de hormigón afectadas por carbonatación

Efectividad del tratamiento de realcalinización química con MasterProtect 126 Grey

La efectividad del tratamiento de realcalinización con MasterProtect 126 Grey mezclado con MasterSeal 600 se basa en tres factores:

  1. Elevado contenido en cemento.
  2. Uso de áridos alcalinos.
  3. Incorporación al mortero cementoso de polímero 100% acrílico como líquido de amasado, en la proporción adecuada, que nos aportará las siguientes ventajas: 

- Disminuir la porosidad de la mezcla cementosa incrementando la impermeabilidad y reduciendo la penetración de materiales agresivos: CO2, cloruros, H2O, etc.
- Las partículas del polímero revisten los granos de cemento y los áridos formando una matriz continua a través de la estructura.
- Reducción de la fisuración. La malla de polímero evita la propagación de microfisuras gracias a l estructura de la red polimérica incrementando la resistencia a flexotracción. 

Protección frente a la carbonatación: 

Para una muestra de hormigón patrón sin tratar, y para una muestra de hormigón patrón tratado con MasterProtect 126 Grey, se compara la profunidad de carbonatación entre los 14-20 meses. 

Profunidad de carbonatación

En cámara a 20ºC las muestras protegidas muestran una profundidad de carbonatación aproximadamente 3,75 veces menor que las muestras de referencia (de 24mm a aproximadamente 9mm).

En el caso de probetas conservadas al exterior la superficie del hormigón de las muestras tratadas no llega a carbonatarse transcurridos 20 meses.

Efecto realcalinizador: 

Sobre muestras de hormigón patrón carbonatadas (8 meses en ambiente de laboratorio) se aplicaron dos capas de MasterProtect 126 Grey, volviéndose a determinar la profundidad de carbonatación a diferentes edades tanto de la muestra patrón como de las muestras tratadas.

Se obtuvieron los siguientes resultados:

Profunidad de carbonatación

Como puede verse, la profundidad de carbonatación se reduce en un mínimo aproximado de 5 veces (de 22 a aproximadamente 3,8mm), lo que demuestra las propiedades realcalinizadoras del material.

CONCLUSIONES

De lo indicado con anterioridad y de los ensayos realizados, se pueden establecer las siguientes conclusiones: 

  • La aplicación de 3 mm de MasterProtect 126 Grey no modifica sustancialmente la permeabilidad al vapor de agua del hormigón tratado. (SdH20 <5m – Clase I).
  • Una capa aplicada de 1 mm de MasterProtect 126 Grey ofrece una protección frente al CO2 equivalente a unos 9,4cm de un hormigón de buena calidad, por lo que 3mm equivalen a 28,2cm de recubrimiento de hormigón. 
  • La aplicación de MasterProtect 126 Grey sobre la superficie del hormigón es capaz de realcalinizar dicho hormigón, aumentando su pH, y reduciendo el frente de carbonatación en una quinta parte.

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